Web Locks API: Sinhronizacija virov in nadzor sočasnega dostopa

V sodobnem okolju spletnega razvoja gradnja robustnih in odzivnih aplikacij pogosto vključuje upravljanje virov v skupni rabi in obravnavanje sočasnega dostopa. Ko več delov vaše aplikacije ali celo več zavihkov ali oken brskalnika poskuša hkrati dostopiti do istih podatkov in jih spreminjati, lahko pride do tekmovalnih pogojev in poškodb podatkov. Web Locks API zagotavlja mehanizem za sinhronizacijo dostopa do teh virov, kar zagotavlja celovitost podatkov in preprečuje nepričakovano obnašanje.

Razumevanje potrebe po sinhronizaciji virov

Predstavljajte si scenarij, kjer uporabnik ureja dokument v spletni aplikaciji. Morda je odprtih več zavihkov brskalnika z istim dokumentom ali pa ima aplikacija procese v ozadju, ki občasno shranjujejo dokument. Brez ustrezne sinhronizacije bi lahko spremembe, narejene v enem zavihku, prepisale spremembe, narejene v drugem, kar bi vodilo v izgubo podatkov in frustrirajočo uporabniško izkušnjo. Podobno lahko v aplikacijah za e-trgovino več uporabnikov hkrati poskuša kupiti zadnji izdelek na zalogi. Brez mehanizma za preprečevanje prekomerne prodaje bi lahko bila oddana naročila, ki jih ni mogoče izpolniti, kar vodi v nezadovoljstvo strank.

Tradicionalni pristopi k upravljanju sočasnosti, kot je zanašanje izključno na mehanizme zaklepanja na strani strežnika, lahko povzročijo znatno zakasnitev in kompleksnost. Web Locks API ponuja rešitev na strani odjemalca, ki razvijalcem omogoča usklajevanje dostopa do virov neposredno v brskalniku, s čimer se izboljša zmogljivost in zmanjša obremenitev strežnika.

Predstavitev Web Locks API

Web Locks API je JavaScript API, ki vam omogoča pridobivanje in sproščanje zaklepov na poimenovanih virih znotraj spletne aplikacije. Ti zaklepi so izključni, kar pomeni, da lahko le en del kode hkrati drži zaklep na določenem viru. Ta izključnost zagotavlja, da se kritični odseki kode, ki dostopajo do podatkov v skupni rabi in jih spreminjajo, izvajajo na nadzorovan in predvidljiv način.

API je zasnovan tako, da je asinhron in uporablja Promises (obljube) za obveščanje o tem, kdaj je bil zaklep pridobljen ali sproščen. Ta neblokirajoča narava preprečuje, da bi uporabniški vmesnik zamrznil med čakanjem na zaklep, kar zagotavlja odzivno uporabniško izkušnjo.

Ključni pojmi in terminologija

• Ime zaklepa: Niz, ki identificira vir, ki ga ščiti zaklep. To ime se uporablja za pridobivanje in sproščanje zaklepov na istem viru. Ime zaklepa je občutljivo na velikost črk.
• Način zaklepanja: Določa vrsto zahtevanega zaklepa. API podpira dva načina:
• `exclusive` (privzeto): Dovoljen je le en imetnik zaklepa hkrati.
• `shared`: Dovoljuje več imetnikov zaklepa hkrati, pod pogojem, da noben drug imetnik nima izključnega zaklepa na istem viru.
• Zahteva za zaklep: Asinhrona operacija, ki poskuša pridobiti zaklep. Zahteva se razreši, ko je zaklep uspešno pridobljen, ali zavrne, če zaklepa ni mogoče pridobiti (npr. ker drug del kode že drži izključni zaklep).
• Sprostitev zaklepa: Operacija, ki sprosti zaklep in ga tako da na voljo drugi kodi za pridobitev.

Uporaba Web Locks API: Praktični primeri

Poglejmo si nekaj praktičnih primerov, kako lahko Web Locks API uporabimo za sinhronizacijo dostopa do virov v spletnih aplikacijah.

Primer 1: Preprečevanje sočasnega urejanja dokumentov

Predstavljajte si aplikacijo za sodelovalno urejanje dokumentov, kjer lahko več uporabnikov hkrati ureja isti dokument. Za preprečevanje konfliktov lahko uporabimo Web Locks API, da zagotovimo, da lahko le en uporabnik hkrati spreminja dokument.

async function saveDocument(documentId, content) {
  try {
    await navigator.locks.request(documentId, async () => {
      // Kritični odsek: Shranite vsebino dokumenta na strežnik
      console.log(`Zaklep pridobljen za dokument ${documentId}. Shranjevanje...`);
      await saveToServer(documentId, content);
      console.log(`Dokument ${documentId} uspešno shranjen.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Shranjevanje dokumenta ${documentId} ni uspelo:`, error);
  }
}

async function saveToServer(documentId, content) {
  // Simulacija shranjevanja na strežnik (zamenjajte z dejanskim klicem API-ja)
  return new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000));
}

V tem primeru funkcija `saveDocument` poskuša pridobiti zaklep na dokumentu z uporabo ID-ja dokumenta kot imena zaklepa. Metoda `navigator.locks.request` sprejme dva argumenta: ime zaklepa in povratno funkcijo (callback). Povratna funkcija se izvede šele, ko je zaklep uspešno pridobljen. Znotraj povratne funkcije se vsebina dokumenta shrani na strežnik. Ko se povratna funkcija zaključi, se zaklep samodejno sprosti. Če se druga instanca funkcije poskuša izvesti z istim `documentId`, bo počakala, dokler se zaklep ne sprosti. Če pride do napake, se ta ujame in zabeleži.

Primer 2: Nadzor dostopa do Local Storage

Local Storage je pogost mehanizem za shranjevanje podatkov v brskalniku. Vendar pa lahko pride do poškodb podatkov, če več delov vaše aplikacije poskuša hkrati dostopati do Local Storage in ga spreminjati. Web Locks API se lahko uporabi za sinhronizacijo dostopa do Local Storage, kar zagotavlja celovitost podatkov.

async function updateLocalStorage(key, value) {
  try {
    await navigator.locks.request('localStorage', async () => {
      // Kritični odsek: Posodobite Local Storage
      console.log(`Zaklep pridobljen za localStorage. Posodabljanje ključa ${key}...`);
      localStorage.setItem(key, value);
      console.log(`Ključ ${key} posodobljen v localStorage.`);
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Posodabljanje localStorage ni uspelo:`, error);
  }
}

V tem primeru funkcija `updateLocalStorage` poskuša pridobiti zaklep na viru 'localStorage'. Povratna funkcija nato posodobi navedeni ključ v Local Storage. Zaklep zagotavlja, da lahko le en del kode hkrati dostopa do Local Storage, kar preprečuje tekmovalne pogoje.

Primer 3: Upravljanje virov v skupni rabi v Web Workers

Web Workers vam omogočajo izvajanje JavaScript kode v ozadju, ne da bi blokirali glavno nit. Vendar, če mora Web Worker dostopati do virov v skupni rabi z glavno nitjo ali drugimi Web Workers, je sinhronizacija nujna. Web Locks API se lahko uporabi za usklajevanje dostopa do teh virov.

Najprej v vaši glavni niti:

async function mainThreadFunction() {
    try {
        await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
            console.log('Glavna nit je pridobila zaklep na sharedResource');
            // Dostopite in spremenite vir v skupni rabi
            await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 2000)); // Simulirajte delo
            console.log('Glavna nit sprošča zaklep na sharedResource');
        });
    } catch (error) {
        console.error('Glavna nit ni uspela pridobiti zaklepa:', error);
    }
}

mainThreadFunction();

Nato v vašem Web Workerju:

self.addEventListener('message', async (event) => {
    if (event.data.type === 'accessSharedResource') {
        try {
            await navigator.locks.request('sharedResource', async () => {
                console.log('Web Worker je pridobil zaklep na sharedResource');
                // Dostopite in spremenite vir v skupni rabi
                await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 3000)); // Simulirajte delo
                console.log('Web Worker sprošča zaklep na sharedResource');
                self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: true });
            });
        } catch (error) {
            console.error('Web Worker ni uspel pridobiti zaklepa:', error);
            self.postMessage({ type: 'sharedResourceAccessed', success: false, error: error.message });
        }
    }
});

V tem primeru tako glavna nit kot Web Worker poskušata pridobiti zaklep na `sharedResource`. Objekt `navigator.locks` je na voljo v Web Workers, kar jim omogoča sodelovanje v istem mehanizmu zaklepanja kot glavna nit. Sporočila se uporabljajo za komunikacijo med glavno nitjo in delavcem (workerjem), kar sproži poskus pridobitve zaklepa.

Načini zaklepanja: Izključni proti deljenemu

Web Locks API podpira dva načina zaklepanja: `exclusive` in `shared`. Izbira načina zaklepanja je odvisna od specifičnih zahtev vaše aplikacije.

Izključni zaklepi

Izključni zaklep omogoča izključni dostop do vira. Le en del kode lahko hkrati drži izključni zaklep na določenem viru. Ta način je primeren za scenarije, kjer naj bi le en proces lahko hkrati spreminjal vir. Na primer, pisanje podatkov v datoteko, posodabljanje zapisa v bazi podatkov ali spreminjanje stanja komponente uporabniškega vmesnika.

Vsi zgornji primeri so privzeto uporabljali izključne zaklepe. Načina vam ni treba določiti, saj je `exclusive` privzeta vrednost.

Deljeni zaklepi

Deljeni zaklep omogoča več delom kode, da hkrati držijo zaklep na viru, pod pogojem, da nobena druga koda ne drži izključnega zaklepa na istem viru. Ta način je primeren za scenarije, kjer mora več procesov sočasno brati vir, vendar noben proces ga ne sme spreminjati. Na primer, branje podatkov iz datoteke, poizvedovanje v bazi podatkov ali upodabljanje komponente uporabniškega vmesnika.

Za zahtevo po deljenem zaklepu morate v metodi `navigator.locks.request` določiti možnost `mode`.

async function readData(resourceId) {
  try {
    await navigator.locks.request(resourceId, { mode: 'shared' }, async () => {
      // Kritični odsek: Preberite podatke iz vira
      console.log(`Deljeni zaklep pridobljen za vir ${resourceId}. Branje...`);
      const data = await readFromResource(resourceId);
      console.log(`Podatki prebrani iz vira ${resourceId}:`, data);
      return data;
    });
  } catch (error) {
    console.error(`Branje podatkov iz vira ${resourceId} ni uspelo:`, error);
  }
}

async function readFromResource(resourceId) {
  // Simulacija branja iz vira (zamenjajte z dejanskim klicem API-ja)
  return new Promise(resolve => setTimeout(() => resolve({ value: 'Nekaj podatkov' }), 500));
}

V tem primeru funkcija `readData` zahteva deljeni zaklep na določenem viru. Več instanc te funkcije se lahko izvaja sočasno, dokler nobena druga koda ne drži izključnega zaklepa na istem viru.

Premisleki za globalne aplikacije

Pri razvoju spletnih aplikacij za globalno občinstvo je ključnega pomena upoštevati posledice sinhronizacije virov in nadzora sočasnega dostopa v različnih okoljih.

• Omrežna zakasnitev: Visoka omrežna zakasnitev lahko poslabša vpliv težav s sočasnostjo. Mehanizmi zaklepanja na strani strežnika lahko povzročijo znatne zamude, kar vodi v slabo uporabniško izkušnjo. Web Locks API lahko pomaga to ublažiti z zagotavljanjem rešitve na strani odjemalca za sinhronizacijo dostopa do virov.
• Časovni pasovi: Pri delu s časovno občutljivimi podatki, kot so načrtovanje dogodkov ali obdelava transakcij, je bistveno upoštevati različne časovne pasove. Ustrezni mehanizmi za sinhronizacijo lahko pomagajo preprečiti konflikte in zagotoviti doslednost podatkov v geografsko porazdeljenih sistemih.
• Kulturne razlike: Različne kulture imajo lahko različna pričakovanja glede dostopa do podatkov in njihovega spreminjanja. Nekatere kulture na primer dajejo prednost sodelovanju v realnem času, medtem ko druge morda raje uporabljajo bolj asinhron pristop. Pomembno je, da svojo aplikacijo zasnujete tako, da ustreza tem raznolikim potrebam.
• Jezik in lokalizacija: Sam Web Locks API ne vključuje neposredno jezika ali lokalizacije. Vendar pa lahko viri, ki se sinhronizirajo, vsebujejo lokalizirano vsebino. Zagotovite, da so vaši mehanizmi za sinhronizacijo združljivi z vašo strategijo lokalizacije.

Najboljše prakse za uporabo Web Locks API

• Kritični odseki naj bodo kratki: Dlje kot je zaklep zadržan, večja je možnost za spore in zamude. Kritične odseke kode, ki dostopajo do podatkov v skupni rabi in jih spreminjajo, ohranite čim krajše.
• Izogibajte se mrtvim zankam (deadlocks): Mrtve zanke se pojavijo, ko sta dva ali več delov kode blokirana za nedoločen čas, ker čakajo drug na drugega, da sprostijo zaklepe. Da bi se izognili mrtvim zankam, zagotovite, da se zaklepi vedno pridobivajo in sproščajo v doslednem vrstnem redu.
• Napake obravnavajte elegantno: Metoda `navigator.locks.request` lahko zavrne, če zaklepa ni mogoče pridobiti. Te napake obravnavajte elegantno in uporabniku zagotovite informativne povratne informacije.
• Uporabljajte smiselna imena zaklepov: Izberite imena zaklepov, ki jasno identificirajo vire, ki jih ščitite. To bo olajšalo razumevanje in vzdrževanje vaše kode.
• Upoštevajte obseg zaklepa: Določite ustrezen obseg za vaše zaklepe. Ali naj bo zaklep globalen (v vseh zavihkih in oknih brskalnika) ali omejen na določen zavihek ali okno? Web Locks API vam omogoča nadzor nad obsegom vaših zaklepov.
• Temeljito testirajte: Temeljito preizkusite svojo kodo, da zagotovite pravilno obravnavo sočasnosti in preprečite tekmovalne pogoje. Uporabite orodja za testiranje sočasnosti, da simulirate več uporabnikov, ki hkrati dostopajo do virov v skupni rabi in jih spreminjajo.

Omejitve Web Locks API

Čeprav Web Locks API ponuja močan mehanizem za sinhronizacijo dostopa do virov v spletnih aplikacijah, se je pomembno zavedati njegovih omejitev.

• Podpora brskalnikov: Web Locks API ni podprt v vseh brskalnikih. Pred uporabo API-ja v produkcijski kodi preverite združljivost brskalnikov. Morda so na voljo polyfill-i za podporo starejšim brskalnikom.
• Vztrajnost: Zaklepi niso vztrajni med sejami brskalnika. Ko se brskalnik zapre ali osveži, se vsi zaklepi sprostijo.
• Brez porazdeljenih zaklepov: Web Locks API omogoča sinhronizacijo samo znotraj ene instance brskalnika. Ne ponuja mehanizma za sinhronizacijo dostopa do virov na več računalnikih ali strežnikih. Za porazdeljeno zaklepanje se boste morali zanašati na mehanizme zaklepanja na strani strežnika.
• Kooperativno zaklepanje: Web Locks API temelji na kooperativnem zaklepanju. Razvijalci morajo zagotoviti, da se koda, ki dostopa do virov v skupni rabi, drži protokola zaklepanja. API ne more preprečiti, da bi koda dostopala do virov brez predhodne pridobitve zaklepa.

Alternative za Web Locks API

Čeprav Web Locks API ponuja dragoceno orodje za sinhronizacijo virov, obstaja več alternativnih pristopov, vsak s svojimi prednostmi in slabostmi.

• Zaklepanje na strani strežnika: Implementacija mehanizmov zaklepanja na strežniku je tradicionalen pristop k upravljanju sočasnosti. To vključuje uporabo transakcij v bazi podatkov, optimistično zaklepanje ali pesimistično zaklepanje za zaščito virov v skupni rabi. Zaklepanje na strani strežnika ponuja bolj robustno in zanesljivo rešitev za porazdeljeno sočasnost, vendar lahko povzroči zakasnitev in poveča obremenitev strežnika.
• Atomske operacije: Nekatere podatkovne strukture in API-ji ponujajo atomske operacije, ki zagotavljajo, da se zaporedje operacij izvede kot ena sama, nedeljiva enota. To je lahko koristno za sinhronizacijo dostopa do enostavnih podatkovnih struktur brez potrebe po eksplicitnih zaklepih.
• Posredovanje sporočil: Namesto deljenja spremenljivega stanja razmislite o uporabi posredovanja sporočil za komunikacijo med različnimi deli vaše aplikacije. Ta pristop lahko poenostavi upravljanje sočasnosti z odpravo potrebe po deljenih zaklepih.
• Nespremenljivost: Uporaba nespremenljivih podatkovnih struktur lahko prav tako poenostavi upravljanje sočasnosti. Nespremenljivih podatkov ni mogoče spreminjati po njihovem ustvarjanju, kar odpravlja možnost tekmovalnih pogojev.

Zaključek

Web Locks API je dragoceno orodje za sinhronizacijo dostopa do virov in upravljanje sočasnega dostopa v spletnih aplikacijah. Z zagotavljanjem mehanizma zaklepanja na strani odjemalca lahko API izboljša zmogljivost, prepreči poškodbe podatkov in izboljša uporabniško izkušnjo. Vendar je pomembno razumeti omejitve API-ja in ga ustrezno uporabljati. Pred implementacijo Web Locks API upoštevajte specifične zahteve vaše aplikacije, združljivost brskalnikov in možnost mrtvih zank.

Z upoštevanjem najboljših praks, opisanih v tem vodniku, lahko izkoristite Web Locks API za gradnjo robustnih in odzivnih spletnih aplikacij, ki elegantno obravnavajo sočasnost in zagotavljajo celovitost podatkov v različnih globalnih okoljih.